(57)【要約】【課題】  フェースダウンボンディングにより圧電共振器が実装された電子部品における信頼性の向上およびさらなる小型化を図る。【解決手段】  素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器１０と、圧電共振器１０がバンプ１８を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板１９と、パッケージ基板１９に固定されて圧電共振器１０を封止する蓋２１とを有し、圧電共振器１０におけるパッケージ基板１９の対向面とパッケージ基板１９における圧電共振器１０の対向面との距離を１００μｍ以下、パッケージ基板１９に接合されたときにおけるバンプ１８の最大直径を１５０μｍ以下、圧電共振器１０における蓋２１の対向面と蓋２１における圧電共振器１０の対向面との距離を１５０μｍ以下とする。【選択図】        図２
2005129610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、
前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板に固定されて前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、
前記圧電共振器における前記パッケージ基板の対向面と前記パッケージ基板における前記圧電共振器の対向面との距離が１００μｍ以下であることを特徴とする電子部品。
【請求項２】
素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、
前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板に固定されて前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、
前記パッケージ基板に接合されたときにおける前記電気接合突起部の最大直径が１５０μｍ以下であることを特徴とする電子部品。
【請求項３】
前記圧電共振器に形成された電気接合突起部の数は８個であることを特徴とする請求項２記載の電子部品。
【請求項４】
素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、
前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板に固定されるとともに前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、
前記圧電共振器における前記封止部材の対向面と前記封止部材における前記圧電共振器の対向面との距離が１５０μｍ以下であることを特徴とする電子部品。
【請求項５】
前記圧電共振器と前記パッケージ基板ないしは前記封止部材との間には、両者の空隙を埋める緩衝材が配置されていることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
【請求項６】
前記緩衝材は前記圧電共振器と前記封止部材とを固定する接着剤であることを特徴とする請求項５記載の電子部品。
【請求項７】
前記圧電共振器における前記封止部材の対向面と前記封止部材における前記圧電共振器の対向面とが接合していることを特徴とする請求項４記載の電子部品。
【請求項８】
前記電気接合突起部は金で形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電子部品。
【請求項９】
前記圧電共振器は前記パッケージ基板に２個実装され、一方が送信信号を処理する送信側フィルタ、他方が受信信号を処理する受信側フィルタであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電子部品。
【請求項１０】
前記圧電共振器は、ＳＭＲ型の圧電共振器であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電子部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子部品に関し、特に圧電膜内を伝搬するバルク波を利用した圧電共振器が用いられた電子部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば携帯型の無線通信機において送信信号と受信信号とを分配するデュプレクサには、小型化に有利な圧電共振器が用いられている。
【０００３】
従来における圧電共振器を用いたデュプレクサでは、送信側フィルタと受信側フィルタとをそれぞれワンパッケージ化し、これを電気回路基板用のパッケージに収めてデュプレクサとしているため、小型化の利点が十分に生かし切れずにサイズが大きくなる。
【０００４】
ここで、小型化を図るために、ワイヤボンディングに替えてバンプ（電気接合突起部）を用いたフリップチップによるフェースダウンボンディングで圧電共振器を実装することが考えられる。フリップチップでは、チップ面積内でパッケージとの電気的接続が可能なために二次元スペースが効率化できるとともに、ループを描くためにある程度の高さが必要とされるワイヤを用いないために低背化も可能になるからである。
【０００５】
圧電共振器をフリップチップでパッケージ基板に実装する技術は、たとえば特開２００２−２３２２５３号公報や特開平１０−２７０９７９号公報に、また、２個の圧電共振器をフリップチップでパッケージ基板に実装してデュプレクサを形成する技術は、たとえば特開平１１−８８１１１号公報や特開２００３−１７９５１８号公報に、それぞれ開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２３２２５３号公報
【特許文献２】特開平１０−２７０９７９号公報
【特許文献３】特開平１１−８８１１１号公報
【特許文献４】特開２００３−１７９５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した技術では、何れもフェースダウンボンディングにおける位置合わせ精度など実装信頼性、あるいは周波数特性の変動など動作信頼性に対する配慮がなされていない。
【０００７】
また、さらなる小型化の可能性も検討する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、フェースダウンボンディングにより圧電共振器が実装された電子部品における信頼性の向上を図ることのできる技術を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、フェースダウンボンディングにより圧電共振器が実装された電子部品におけるさらなる小型化を図ることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品は、素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板に固定されて前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、前記圧電共振器における前記パッケージ基板の対向面と前記パッケージ基板における前記圧電共振器の対向面との距離が１００μｍ以下であることを有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品は、素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板に固定されて前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、前記パッケージ基板に接合されたときにおける前記電気接合突起部の最大直径が１５０μｍ以下であることを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい形態において、前記圧電共振器に形成された電気接合突起部の数は８個であることを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記課題を解決するため、本発明に係る電子部品は、素子基板上に形成されて圧電膜の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号を得る圧電共振器と、前記圧電共振器が電気接合突起部を介してフェースダウンボンディングにより実装されたパッケージ基板と、前記パッケージ基板に固定されるとともに前記圧電共振器を封止する封止部材とを有し、前記圧電共振器における前記封止部材の対向面と前記封止部材における前記圧電共振器の対向面との距離が１５０μｍ以下であることを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい形態において、前記圧電共振器と前記パッケージ基板ないしは前記封止部材との間には、両者の空隙を埋める緩衝材が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のさらに好ましい形態において、前記緩衝材は前記圧電共振器と前記封止部材とを固定する接着剤であることを特徴とする。
【００１６】
本発明のさらに好ましい形態において、前記圧電共振器における前記封止部材の対向面と前記封止部材における前記圧電共振器の対向面とが接合していることを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに好ましい形態において、前記電気接合突起部は金で形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のさらに好ましい形態において、前記圧電共振器は前記パッケージ基板に２個実装され、一方が送信信号を処理する送信側フィルタ、他方が受信信号を処理する受信側フィルタであることを特徴とする。
【００１９】
本発明のさらに好ましい形態において、前記圧電共振器は、ＳＭＲ型の圧電共振器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００２１】
すなわち、圧電共振器におけるパッケージ基板の対向面とパッケージ基板における圧電共振器の対向面との距離を１００μｍ以下にすれば、圧電共振器をフェースダウンボンディングでパッケージ基板に実装する際における位置合わせ精度が良くなって実装信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００２２】
また、圧電共振器に形成された電気接合突起部のパッケージ基板への接合後における最大直径を１５０μｍ以下にすれば、圧電共振器における電気接合突起部の面積効率が向上してさらなる小型化を図ることが可能になるとともに、クラックの発生確率を抑制することが可能になる。
【００２３】
さらに、圧電共振器における封止部材の対向面と封止部材における圧電共振器の対向面との距離を１５０μｍ以下にすれば、中心周波数が封止部材の接地状況などで変化することが抑制されて電気特性が安定化し、動作信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００２４】
圧電共振器とパッケージ基板ないしは封止部材との間に緩衝材を配置したり、また圧電共振器における封止部材の対向面と封止部材における圧電共振器の対向面同士を接合させることにより、圧電共振器がパッケージ基板に押圧されるなどの効果によって圧電共振器の実装信頼性が向上する。この場合、緩衝材を接着剤とすれば、圧電共振器の実装信頼性が一層向上する。
【００２５】
電気接合突起部を金で形成すれば、はんだの場合のようにフラックスが圧電共振器の表面に飛散したり溶解フラックス等の不純物が洗浄工程後に残るおそれがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。
【００２７】
図１は本発明の一形態における電子部品に用いられた圧電共振器を示す断面図、図２は本発明の一形態である電子部品を示す断面図、図３は本発明の他の形態である電子部品を示す断面図である。
【００２８】
図１に示す圧電共振器１０はＳＭＲ（Ｓｏｌｉｄｌｙ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒ）型圧電共振器と呼ばれるもので、たとえば単結晶シリコンからなる素子基板１１の上に、音響インピーダンスが高い薄膜と低い薄膜、たとえばＡｌＮ膜１２ａとＳｉＯ２膜１２ｂとが交互に各４層ずつ形成されてなる音響反射膜１２が形成されている。この音響反射膜１２上には密着層１３としてのＡｌＮ膜を介してＰｔ膜が真空蒸着法により成膜され、リソグラフィーによりパターニングされて下部電極１４が形成されている。
【００２９】
さらに、下部電極１４上には、スパッタリング法によりＺｎＯからなる圧電膜１５が成膜されている。そして、圧電膜１５上には、同じく密着層１６としてのＣｒ膜を介してスパッタリング法によりＡｌが成膜され、リソグラフィーによりパターニングされて上部電極１７が形成されている。なお、圧電膜１５の膜厚は通常１０μｍ以下であり、素子基板１１を用いずに圧電共振器１０を作製することは困難である。また、圧電膜１５には、下部電極１４を露出させるために、エッチング等により孔を設けてもよい。
【００３０】
このような圧電共振器１０は、下部電極１４と上部電極１７とにスタッドバンプやメッキバンプなどのバンプ（電気接合突起部）１８（図２、図３）が形成される。そして、後述するパッケージ基板１９に実装して下部電極１４と上部電極１７とに交流電圧を印加すると、圧電効果により圧電膜１５の内部を伝搬するバルク波により所定の共振周波数の信号が得られる。
【００３１】
なお、音響反射膜１２は形成されていなくてもよく、この場合には素子基板１１上に直接下部電極１４が形成される。また、本形態においては音響反射膜１２は４層であるが、音響インピーダンスの異なる薄膜が積層されていれば４層に限らない。さらに、各薄膜の膜質は上記のものに限定されるものではなく、一例に過ぎない。そして、バンプ１８には、はんだ、金、アルミニウム、銅などを適用することができる。但し、はんだの場合には、加熱はんだ溶融工程中にフラックスが圧電共振器１０の表面に飛散するおそれや、洗浄溶液の溶解フラックス等の不純物が洗浄工程後に残るおそれが存在するが、金の場合にはそのようなおそれがないので、バンプ１８は金で形成するのが望ましい。
【００３２】
図２および図３に示すように、圧電共振器１０はバンプ１８を介してフェースダウンボンディングによりパッケージ基板１９に実装される。パッケージ基板１９の外周部分には環状のスペーサ２０が固定されており、このスペーサ２０に蓋（封止部材）２１が固定されることで圧電共振器１０が封止されて電子部品２２が構成されている。なお、図示する場合には、パッケージ基板１９と蓋２１とはスペーサ２０を介して固定されているが、パッケージ基板１９の外周が立ち上がった形状にすることにより、あるいは蓋２１をキャップ状にすることにより、パッケージ基板１９と蓋２１とを直接固定するようにしてもよい。
【００３３】
図２に示す電子部品２２では、圧電共振器１０が１個実装されたフィルタとなっている。また、図３に示す電子部品２２では、圧電共振器１０が２個実装され、一方が送信信号を処理する送信側フィルタ１０ａ、他方が受信信号を処理する受信側フィルタ１０ｂとなっている。本発明においては、このように圧電共振器１０をパッケージ基板１９に１個または複数個実装することができる。
【００３４】
ここで、本発明者は、圧電共振器１０が８個のバンプを介してフェースダウンボンディングによりパッケージ基板１９に実装された電子部品２２を作成した。
【００３５】
最初に、このような電子部品２２において、圧電共振器１０におけるパッケージ基板１９の対向面とパッケージ基板１９における圧電共振器１０の対向面との距離Ｌ１について検討を行った。
【００３６】
その結果、距離Ｌ１が１３０μｍのときには、パッケージ基板１９におけるバンプ１８の接合位置が所定の場所から±１５μｍと大幅にずれた。そのため、接合先であるパッケージ基板１９の電極の大きさを１５０×１５０μｍ２とする必要が生じた。これに対し、距離Ｌ１が１００μｍのときには、パッケージ基板１９におけるバンプ１８の接合位置の位置ずれは±７μｍにとどまった。そのため、パッケージ基板１９の電極の大きさは１２０×１２０μｍ２と小さくできた。なお、距離Ｌ１が５０μｍのときには位置ずれが±５μｍでパッケージ基板１９の電極サイズが１１５×１１５μｍ２、距離Ｌ１が２５μｍのときには位置ずれが±３μｍでパッケージ基板１９の電極サイズが１１０×１１０μｍ２となった。
【００３７】
前述した距離Ｌ１が大きくなることは、バンプ１８の高さが高くなることを意味する。そして、バンプ１８を高くするには複数個積み重ねることになる。このときに複数個のバンプ間で位置ずれが生じるため垂直に立ちにくくなり、そのようなバンプ１８を複数個有する圧電共振器１０をパッケージ基板１９にフェースダウンで実装すると、パッケージ基板１９上でのバンプ一つ一つの位置が所定の位置からずれやすくなる。そして、前述した距離Ｌ１と位置ずれとの関係から、距離Ｌ１は１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは２５μｍ以下にすれば、フェースダウンボンディングにおける位置合わせ精度が良くなって実装信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００３８】
次に、圧電共振器１０に形成されたバンプ１８のパッケージ基板１９への接合後における最大直径Ｌ２について検討を行った。
【００３９】
ここでは、最大直径Ｌ２が１７０μｍのときには、バンプ１つに対して圧電共振器１０上には１９０×１９０μｍ２のパッドを設け、８つのバンプを形成するために、フィルタ部分を含めて１×１．８ｍｍ２の大きさの圧電共振器１０となった。また、バンプの直径を大きくすると、接合時にバンプにかける荷重を大きくなるとともに超音波の出力も大きくなるので、バンプの形成された圧電共振器１０の素子基板１１にクラックが生じる場合があるが、最大直径Ｌ２が１７０μｍでは、約３０％の圧電共振器１０において８個のバンプのうち少なくとも１つのバンプで、素子基板１１における当該バンプの素地部分にクラックが生じた。
【００４０】
これに対し、最大直径Ｌ２が１５０μｍのときにはパッドの大きさが１６５×１６５μｍ２、圧電共振器１０の大きさが１×１．７ｍｍ２となった。また、最大直径Ｌ２が１００μｍのときにはパッドの大きさが１１５×１１５μｍ２、圧電共振器１０の大きさが１×１．５５ｍｍ２となった。そして、クラックについては、最大直径Ｌ２が１５０μｍのときには約３％の圧電共振器１０で発生したにとどまり、最大直径Ｌ２が１００μｍのときには全く発生しなかった。
【００４１】
そして、圧電共振器１０は小さい方が望ましいのはもちろんであるが、最大直径Ｌ２と圧電共振器１０の大きさとの面積効率やクラックの発生確率からすると、最大直径Ｌ２は１５０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下がよい。特に、バンプ数が８個の場合にはこの数値が好適である。
【００４２】
なお、たとえば金バンプの場合などでは、接合時に一方向に超音波をかけることなどから、接合後の俯瞰形状は長円や楕円となる。ここでは、長円あるいは楕円の直径で最も大きい値をもって最大直径Ｌ２としている。
【００４３】
最後に、圧電共振器１０における蓋２１の対向面と蓋２１における圧電共振器１０の対向面との距離Ｌ３について検討を行った。なお、蓋２１はパッケージ側面にあるキャスタレーション（パッケージ側面に溝を掘り、その部分に導電性材料を成形し導通をとったもの）により接地電位とされている。
【００４４】
その結果、距離Ｌ３が２００μｍのときには、中心周波数が蓋２１の接地状況などにより変化するため、フィルタの電気特性が不安定になった。これに対し、距離Ｌ３が１５０μｍのときには、約５％の圧電共振器で０．１％程度変動（中心周波数２ＧＨｚで変動が１〜２ＭＨｚ）したにとどまり、ほぼ問題はなくなった。また、距離Ｌ３が１００μｍのときには、中心周波数の変動は全くなくなった。したがって、距離Ｌ３は１５０μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下がよい。
【００４５】
ここで、圧電共振器１０における蓋２１の対向面と蓋２１における圧電共振器１０の対向面との間には、両者の空隙を埋める緩衝材（図示せず）を配置したり、圧電共振器１０における蓋２１の対向面と蓋２１における圧電共振器１０の対向面とが接合するようにしてもよい。このようにすれば、圧電共振器１０がパッケージ基板１９に押圧されるようになって圧電共振器１０の実装信頼性が向上する。なお、緩衝材には、圧電共振器１０と蓋２１とを固定する接着剤を適用することができ、この場合には圧電共振器１０の実装信頼性が一層向上する。また、緩衝材は、圧電共振器１０における蓋２１の対向面と蓋２１における圧電共振器１０の対向面との間に挿入するだけに限らず、圧電共振器１０と環状のスペーサ２０との間、またパッケージ基板１９の対向面とパッケージ基板１９における圧電共振器１０の対向面との間に挿入しても、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上の説明においては、本発明をＳＭＲ型の圧電共振器に適用した場合について説明したが、上下電極に挟まれた圧電膜の上下方向を大気開放の状態にし、音響的に全反射させるダイヤフラム型および空隙型の圧電共振器など、圧電膜を用いた積層型の圧電共振器全般に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一形態における電子部品に用いられた圧電共振器を示す断面図である。
【図２】本発明の一形態である電子部品を示す断面図である。
【図３】本発明の他の形態である電子部品を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  圧電共振器
１０ａ  送信側フィルタ（圧電共振器）
１０ｂ  受信側フィルタ（圧電共振器）
１１  素子基板
１２  音響反射膜
１２ａ  ＡｌＮ膜
１２ｂ  ＳｉＯ２膜
１３  密着層
１４  下部電極
１５  圧電膜
１６  密着層
１７  上部電極
１８  バンプ（電気接合突起部）
１９  パッケージ基板
２０  スペーサ
２１  蓋（封止部材）
２２  電子部品
【図１】
2005129610.tif 000003
【図２】
2005129610.tif 000004
【図３】
2005129610.tif 000005